沿程水头损失实验
一、实验目的要求
～lgu曲线；
１．加深了解园管层流和紊流的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制lgh
f ２．掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用气—水压差计及电测仪测量压差的方法；
３．将测得的Ｒe～λ关系值与莫迪图对比，分析其合理性，进一步提高实验成果分析能力。
自循环沿程水头损头实验装置简图
1. 自循环高压恒定全自动供水器
2. 实验台
3. 回水管
4. 水压差计
5. 测压计
6. 实验
管道
7. 电子量测仪 8. 滑动测量尺 9. 测压点 10. 实验流量调节阀 11. 供水管及供水阀 12. 旁
通管及旁通阀 13. 调压筒
二、实验原理
由达西公式
得（7.1）
另由能量方程对水平等直径园管可得
（7.2）
压差可用压差计或电测。对于多管式水银压差有下列关系：
（7.3）
式中，、分别为水银和水的容重；为汞柱总差。
三、实验方法与步骤
准备Ⅰ：对照装置图和说明，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位是否够高及旁通阀１２是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门；记录有关实验常数：工作管内径ｄ和实验管长Ｌ（标志于蓄水箱）。
准备Ⅱ：启动水泵。本供水装置采用的是自动水泵，接通电源，全开阀12，打开供水阀11，水泵自动开启供水。
准备Ⅲ：调通量测系统。
１.夹紧水压计止水夹，打开出水阀10和进水阀11（逆钟向），关闭旁通阀12（顺钟向），启动水泵排除管道中的气体。
，排除水压计中的２.全开阀12，关闭阀10，松开水压计止水夹，并旋松水压计之旋塞Ｆ
1
气体。随后，关阀11，开阀10，使水压计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧Ｆ
。再次开启阀
1
11并立即关闭阀10，稍候片刻检查水压计是否齐平，如不平则需重调。
３.水压计齐平时，则可旋开电测仪排气旋扭，对电测仪的连接水管通水、排气，并将电测仪调至“０００”显示。
４.实验装置通水排气后，即可进行实验测量。在阀12、阀11全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时，均需稳定２—３分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流时间不小于８～１０秒；测流量的同时，需测记水压计(或电测仪）、温度计（温度表应挂在水箱中）等读数： 层流段：应在水压计△h～２０mm Ｈ2Ｏ（夏季）［△h～３０mm Ｈ2Ｏ（冬季）］量程范围内，测记３～５组数据
紊流段：夹紧水压计止水夹，开大流量，用电测仪记录h f 值，每次增量可按△h～100cm Ｈ2Ｏ递加，直至测出最大的h f 值。阀的操作次序是当阀11、阀10开至最大后，逐渐关阀12，直至h f 显示最大值。
５.结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查水压计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀11，切断电源。否则，表明压力计已进气，需重做实验。
四、实验分析与讨论
问 题 一：为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？实验管道安装成向下倾斜，是否影响实验成果？
参考答案：
现以倾斜等径管道上装设的水银多管压差计为例（图7. 3）说明（图中A —A 为水平线）： 如图示0—0为基准面，以1—1和2—2为计算断面，计算点在轴心处，设定
，由能量方程可得
表明水银压差计的压差值即为沿程水头损失，且和倾角无关。
问题二：据实测m值判别本实验的流区。
参考答案：
（～）曲线的斜率m = 1. 0～1. 8，即与成正比，表明流动为层流m = 1. 0、紊流光滑区和紊流过渡区（未达阻力平方区）。
问题三：实际工程中钢管中的流动，大多为光滑紊流或紊流过渡区，而水电站泄洪洞的流动，大多为紊流阻力平方区，其原因何在？
参考答案：
钢管的当量粗糙度一般为0. 2mm，常温（）下，经济流速300cm/s，若实用管径D =
（20～100）cm，其，相应的 = 0. 0002～0. 001，由莫迪图知，流动均处在过渡区。
若需达到阻力平方区，那么相应的，流速应达到（5～9）m/s。这样高速的有压管流在实际工程中非常少见。
而泄洪洞的当量粗糙度可达（1～9）mm，洞径一般为（2～3）m，过流速往往在（５～１０）m/s以上，其大于，故一般均处于阻力平方区。
问题四：管道的当量粗糙度如何测得？
参考答案：
当量粗糙度的测量可用实验的同样方法测定及的值，然后用下式求解：
（1）考尔布鲁克公式
（1）
迪图即是本式的图解。
（2）S·J公式
（2）
（3）Barr公式
（3）
（3）式精度最高。在反求时，（2）式开方应取负号。也可直接由关系在莫迪图
上查得，进而得出当量粗糙度值。
问题五：本次实验结果与莫迪图吻合与否？试分析其原因。
参考答案：
通常试验点所绘得的曲线处于光滑管区，本报告所列的试验值，也是如此。但是，有的实验结果相应点落到了莫迪图中光滑管区的右下方。对此必须认真分析。
如果由于误差所致，那么据下式分析
d和Q的影响最大，Q有2%误差时，就有4%的误差，而d有2%误差时，可产生10%的误差。Q的误差可经多次测量消除，而d值是以实验常数提供的，由仪器制作时测量给定，一般< 1%。如果排除这两方面的误差，实验结果仍出现异常，那么只能从细管的水力特性及其光洁度等方面作深入的分析研究。还可以从减阻剂对水流减阻作用上作探讨，因为自动水泵供水时，会渗入少量油脂类高分子物质。总之，这是尚待进一步探讨的问题。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）